機(jī)械設(shè)計(jì)與分析工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究

王領(lǐng)

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)與分析數(shù)據(jù)由于其具有數(shù)據(jù)類(lèi)型多樣、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)模型動(dòng)態(tài)修改、數(shù)據(jù)聯(lián)系密切和數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，而目前商用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)類(lèi)型單一，難以完全滿(mǎn)足機(jī)械工程數(shù)據(jù)的管理需求，且現(xiàn)在的機(jī)械工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)大多集中在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和制造工藝數(shù)據(jù)的管理，對(duì)于分析仿真數(shù)據(jù)的管理還鮮有開(kāi)展。本文提出采用具有層次特征的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理機(jī)械設(shè)計(jì)與分析數(shù)據(jù)，構(gòu)造了基于對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)械工程數(shù)據(jù)模型，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)；工程數(shù)據(jù)

目前各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件和計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件都各自有自己的數(shù)據(jù)格式，相互之間很難共享數(shù)據(jù)。為解決不同的CAD，CAE系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，作為數(shù)據(jù)交換和共享的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在STEP標(biāo)準(zhǔn)中提出了產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)的四種方法，并認(rèn)為其中基于數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)集成方法是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享的理想方法。但是在CAD/CAE工程應(yīng)用領(lǐng)域，由于工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和工程數(shù)據(jù)所具有的獨(dú)特特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中常常是心有余而力不足。

一、工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及其發(fā)展

在CAD/CAE集成過(guò)程中要利用和生成的大量的工程設(shè)計(jì)和分析數(shù)據(jù)。其中一部分是各種設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)，這些數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)過(guò)程選用的靜態(tài)數(shù)據(jù)。另一部分是設(shè)計(jì)過(guò)程中生成的數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析、性能分析、圖形、尺寸公差、技術(shù)要求、材料熱處理等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有高度的動(dòng)態(tài)性。與一般的商業(yè)數(shù)據(jù)相比，CAD/CAE工程數(shù)據(jù)有著與其顯著不同的特點(diǎn)。

工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)工作始于70年代末期。在發(fā)展的開(kāi)始階段，一般仍采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，主要是以網(wǎng)狀和關(guān)系模型為主，同時(shí)在用戶(hù)界面和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充等方面具有一定的工程應(yīng)用特點(diǎn)，這樣的系統(tǒng)如挪威工業(yè)中心研究所研制的TORNADO系統(tǒng)和德國(guó)PHLIPS研究實(shí)驗(yàn)室PHDIAS系統(tǒng)采用的都是網(wǎng)狀模型，印度科學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院研制的ARDBID系統(tǒng)采用的是關(guān)系模型。另一方面是對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行改進(jìn)和混合，使它適合工程應(yīng)用環(huán)境，如美國(guó)波音公司在EMSI計(jì)劃中研制IPJP系統(tǒng)采用的是關(guān)系和網(wǎng)狀混合數(shù)據(jù)模型。雖然這些系統(tǒng)解決了一些工程數(shù)據(jù)處理中的問(wèn)題，但隨著應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)大，在使用過(guò)程中暴露出一些局限性。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)與分析工程數(shù)據(jù)的相關(guān)基礎(chǔ)

1.機(jī)械工程數(shù)據(jù)的定義和分類(lèi)。機(jī)械工程設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜、艱辛的過(guò)程，要經(jīng)過(guò)多個(gè)階段才能完成，涉及的工程數(shù)據(jù)類(lèi)型多樣、關(guān)系復(fù)雜、處理困難。為了能有效地管理這些復(fù)雜的工程數(shù)據(jù)，必須對(duì)工程數(shù)據(jù)作深入細(xì)致的分析。

在機(jī)械行業(yè)中，工程數(shù)據(jù)指產(chǎn)品生命周期中所涉及到的與產(chǎn)品有關(guān)的所有數(shù)據(jù)，特別是機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，產(chǎn)品生命周期指從產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)研開(kāi)始，產(chǎn)生設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，經(jīng)設(shè)計(jì)、制造到使用等多個(gè)階段，直到最后產(chǎn)品報(bào)廢為止的整個(gè)過(guò)程，在這過(guò)程中涉及到的與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)包括各種報(bào)表.材料屬性、標(biāo)準(zhǔn)零部件及其參數(shù)、設(shè)計(jì)的零部件的幾何結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)、產(chǎn)品的使用說(shuō)明等等，工程數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的管理型數(shù)據(jù)有明顯的區(qū)別，有其自身的特點(diǎn)，必須采用不同的方法進(jìn)行管理。

機(jī)械工程數(shù)據(jù)不僅類(lèi)型多樣、形態(tài)復(fù)雜，而且處理過(guò)程也很復(fù)雜，為了對(duì)它進(jìn)行有效的管理.必須建立工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。為了建立工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，不僅要掌握工程數(shù)據(jù)的自然屬性，而且還要透過(guò)工程數(shù)據(jù)的自然屬性，抓住工程數(shù)據(jù)的本質(zhì)特征進(jìn)行全面的分析。

2.機(jī)械工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的比較。由機(jī)械工程數(shù)據(jù)分析知道商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與機(jī)械工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)具有一定的區(qū)別和聯(lián)系。為了建立適合機(jī)械CAD/CAE系統(tǒng)的工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，必須分析商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與機(jī)械工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系，以利于借鑒商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)建立機(jī)械工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)己經(jīng)應(yīng)用了幾十年，形成了一套完善的理論和開(kāi)發(fā)方法，而機(jī)械工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)還不成熟，因而要借助商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的一些成功而有效的方法。因此要從各個(gè)不同的角度比較商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與機(jī)械工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的區(qū)別。

三、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)研究

數(shù)據(jù)是描述現(xiàn)實(shí)世界中各種具體事物或抽象概念的可存儲(chǔ)并具有明確意義的代碼組合。數(shù)據(jù)處理是對(duì)數(shù)據(jù)施加各種有效操作以改變其狀態(tài)的行為。數(shù)據(jù)管理是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)施加操作使數(shù)據(jù)保持有序或方便使用的狀態(tài)。從這些概念可看出數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理的對(duì)象，數(shù)據(jù)管理包含數(shù)據(jù)處理。

在很多應(yīng)用領(lǐng)域，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和工程分析，多媒體存儲(chǔ)和文獻(xiàn)管理等，人們必須處理很多復(fù)雜類(lèi)型數(shù)據(jù)和面對(duì)新的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用要求，如長(zhǎng)事務(wù)的處理，圖像、視頻或大文本項(xiàng)等新數(shù)據(jù)類(lèi)型的存儲(chǔ)，以及非標(biāo)準(zhǔn)的特殊應(yīng)用操作。正如上一節(jié)所述因?yàn)閭鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)模型具有的一定的局限性，往往不能滿(mǎn)足這些復(fù)雜數(shù)據(jù)應(yīng)用的要求。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的結(jié)合，建立面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，不但能讓設(shè)計(jì)者定義復(fù)雜對(duì)象的結(jié)構(gòu)，還能讓設(shè)計(jì)者定義作用于這些復(fù)雜對(duì)象的操作，從而能夠有效地支持新一代數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用。

四、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)研究

為了實(shí)現(xiàn)同一個(gè)應(yīng)用軟件對(duì)不同的DBMS的異構(gòu)訪問(wèn)，出現(xiàn)了許多通用的APJ接口，目前在市面上最流行的兩種數(shù)據(jù)庫(kù)接口是ODBC和JDBC。但這些接口通常與相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言相關(guān)聯(lián)。如ODBC主要針對(duì)C和C十十語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，JDBC針對(duì)用戶(hù)JAVA語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)對(duì)對(duì)常用WEB數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)進(jìn)行分析比較，進(jìn)一步對(duì)基于.NET架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)做深入研究。ADO.NET是微軟新推出的基于.NET架構(gòu)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)。它是全新的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，支持新的應(yīng)用程序編程模型，具有斷開(kāi)式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)可來(lái)自于不同的數(shù)據(jù)源，與XML緊密結(jié)合等特點(diǎn)，特別適合松散地藕合的基于WEB應(yīng)用程序，AD.ONET具有訪問(wèn)速度快和良好的跨平臺(tái)性能，正將廣泛受到歡迎而成為當(dāng)前主要的數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與分析工程數(shù)據(jù)的深入分析，針對(duì)其數(shù)據(jù)類(lèi)型多樣、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)模型動(dòng)態(tài)修改、數(shù)據(jù)聯(lián)系密切和數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，將機(jī)械工程數(shù)據(jù)分為三類(lèi)：設(shè)計(jì)分析型數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)和管理型數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上提出機(jī)械設(shè)計(jì)與分析工程數(shù)據(jù)的管理策略，即按工程項(xiàng)目組織數(shù)據(jù)，每個(gè)項(xiàng)目包括工程模型數(shù)據(jù)、工程分析數(shù)據(jù)和項(xiàng)目文檔數(shù)據(jù)三大類(lèi)，各類(lèi)數(shù)據(jù)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享，用戶(hù)可下載相關(guān)源文件加以修改利用，有利于提高機(jī)械工程設(shè)計(jì)與分析的效率。

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